专利名称:连续碱解法加工硼矿的制作方法
本发明属于硼矿加工的碱解工艺。
碱解法加工品位较低的硼矿，例如，加工品位为10～25%的硼镁矿，采用加压碱解法和碳碱法，分解反应时间极长，甚至超过20小时，因此均采用间歇式生产工艺，即配料、碱解工序是一罐一罐的分步间歇进行。碱解法由于受分解反应时间的限制，所以至今碱解法工艺中的配料、碱解工序还未能实现连续化操作。中国专利申请85102759，采取直接加热料浆和充分利用化学热、低液固比和高碱浓度等方法，极其显著地缩短了分解反应时间，将原来长达10小时的分解反应时间缩短为几十分钟乃至几分钟。但该专利申请仍未实现配料、碱解工序的连续化操作。因此，对目前加工低品位硼矿所采用的碱解法工艺，特别是其中的碱解工序需进一步改进。
本发明为改变碱解法加工低品位硼矿的间歇式生产工艺，提出一种连续加工硼矿的碱解方法，使配料、碱解工序在一连续过程中完成，並为此工艺特别选用了一种双螺杆螺旋连续反应器。
本发明是将焙烧后的硼矿熟矿粉与烧碱和水连续投入带有螺杆装置的反应器中，通过螺杆的旋转，混匀物料並推进物料，使物料从反应器入口向出口“流动”，调节螺杆转速控制物料在反应器中的停留时间，使分解反应后的物料连续“流出”反应器。
例如，将品位为10～25%的硼镁矿熟矿粉与烧碱和水按液固比0.4～1.2、过量碱20～140%的比例连续投入带有螺杆装置的反应器中，通过螺杆的旋转，混匀並推进物料，使物料从反应器入口向出口“流动”，调节螺杆转速控制物料在反应器中的停留时间最长不超过30分钟，分解率可达到85%以上，分解反应后的物料连续“流出”反应器。
物料在本发明所使用的反应器中混合应均匀，分解反应时，已反应的物料和未反应的物料之间，反应深度不同的物料之间层次应该清楚，尽可能避免出现相混现象。但在本发明所控制的液固比下，物料比较“粘稠”，要混匀这样的物料，並使进料、输料、分解反应、出料实现连续化，使用目前加工硼矿的设备，难以完成，因此本发明使用了一种单螺纹的双螺杆螺旋推进反应器。本发明吸收了练泥机、造粒机、输送机等装置的特点，选择适当的螺旋升角、旋叶高度和螺距，左旋与右旋两个螺杆相互配合，完成了物料混匀、推进、分解反应、出料等过程，从而实现了配料、碱解工序的连续化操作。
物料在本发明所使用的反应器中主要进行着纵横两个方向上的运动。横向运动，即物料在螺杆的周向分力和摩擦力的作用下，沿螺杆的螺旋沟槽作翻转运动。这种运动起到使物料受剪切和搅拌的作用。螺旋叶越高，螺旋叶的线速度及不同直径的螺旋升角差别越大，物料搅拌混合的程度越好。物料从加料口开始，在每个螺旋沟槽内得到搅拌混合，多级串联的沟槽使物料达到充分混合的程度。上述横向运动完成物料的混匀任务。纵向运动即正向运动，是物料沿轴毂、螺旋叶和反应器筒体围成的螺旋槽作螺旋式前进运动。促使这种运动的是螺旋叶面作定轴转动时作用于物料的轴向分力，其结果是使物料得到推进。采用左旋和右旋双螺杆配合，在两轴向分力的共同作用下，更易推进本发明的“粘稠”物料。正向运动是物料运动方向的主流，完成物料的推进输送任务。没有这一运动，反应器就不可能实现连续化操作。
本发明所使用的反应器，每个螺旋槽相当于一个小反应器。在这个小“反应器”内，进行着物料的混合和分解反应，而后又被“挤”到下一个小“反应器”内，继续混合和反应。数十个这样的螺旋槽串联为一个大反应器，使物料连续进行着混合和反应。选择适当的螺杆长度和螺旋转速，控制物料在整体反应器中适当的停留时间，可使分解率达到85%以上。本发明控制物料的停留时间最长不超过30分钟即可使分解率达到85%以上，而最好控制在10～20分钟。
从理论上计算，本发明在整个分解过程中是不需要额外补加热量的，所需热量完全依靠分解反应过程中释放的化学热维持反应。本发明能够实现这一点的主要原因在于本发明选用了适当的液固比和用碱量。一般情况下，本发明控制液固比为0.4～1.2，而最好在0.5～0.9范围内，过量碱控制在20～140%，而最好在60～100%范围内。当使用片碱时，片碱可事先与矿粉混匀，再与一定比例的水一起投入反应器，片碱的溶解热和矿粉的消化热可迅速把物料升温至分解反应所需温度，继之发生分解反应，反应热又会把物料升温並维持反应进行。使用片碱的优点在于可以充分利用烧碱的溶解热。当使用事先预热至100℃以上的碱液时，碱液与矿粉投入反应器后，矿粉的消化热加上碱液的热量，可使物料温度升至分解反应所需温度。使用碱液的优点在于操作方便。
投料前对反应器应进行预热，一般应预热至分解反应所需温度。除了对反应器进行预热外，还需要进行良好的保温。当反应能够正常进行时，即可停止对反应器的预热，依靠物料自身的化学热，即可完成上述过程。
本发明改变了目前碱解法加工低品位硼矿的间歇式操作方式，不需要单独配料，使配料、碱解工序实现连续化操作，可显著提高生产能力。本发明特别适于加工10%以上的硼镁矿。
实例1品位为23%的硼镁矿，经电炉焙烧后，与过量100%的片碱混匀，与水按液固比为0.65的比例连续投入单螺纹的双螺杆螺旋推进反应器。控制螺杆转速为15转/分，物料停留时间20分钟，分解率达到88%。投料前反应器预热至120℃，正常反应后即停止预热。
螺杆有效长度为800mm、螺旋直径为300mm，升角为12.49°的单螺纹双螺杆螺旋推进反应器，螺杆转速为15转/分，停留时为20分钟时，每小时投料量可为1.6kg。
实例2品位为25%的硼镁矿，经电炉焙烧后，与过量120%的片碱混匀，与水按液固比为0.75的比例连续投入单螺纹双螺杆螺旋推进反应器。控制螺杆转速为35转/分，物料停留时间10分钟，分解率达到87%。投料前反应器预热至120℃，投料后又升至150℃左右，此时停止预热。
与例1相同的反应器，转速为35转/分，停留时间为10分钟时，每小时投料量可为2.3kg。
实例3工业竖窑焙烧的熟矿粉，与碱液按液固比为0.5、过量碱为100%的比例投入单螺纹双螺杆螺旋推进反应器。螺杆转速控制为25转/分，停留时间为15分钟，分解率达到88.7%。碱液事先预热至120℃，反应器预热至120℃，正常反应后，反应器停止预热。
与例1相同的反应器，转速为25转/分，停留时间为15分分钟时，每小时投料量可为2.0kg。
实例4工业竖窑焙烧的熟矿粉，与片碱和水按液固比0.9、过量碱100%的比例投入单螺纹双螺杆螺旋推进反应器。控制螺杆转速15转/分，停留时间20分钟，分解率达85%。投料前反应器预热至120℃，投料后反应器又升温至150℃，此时停止预热。对附图的说明附图1是单螺纹双螺杆螺旋推进反应器的主反应段的简单示意图，由左旋与右旋两个螺杆和筒体组成，靠电机驱动齿轮带动螺杆转动，进行推进和混匀物料。
附图2是本发明的一个简单流程示意图。
权利要求
1.一种碱解加工硼矿的方法，其特征是将焙烧后的硼矿熟矿粉与烧碱和水连续投入带有螺杆装置的反应器中，通过螺杆的旋转，混匀並推进物料，物料从反应器入口向出口“流动”，调节螺杆转速控制物料在反应器中的停留时间，分解后的物料连续“流出”反应器。
2.一种按照权利要求
1所述的方法，其特征是将品位为10～25%的硼镁矿熟矿粉与烧碱和水按液固比0.4～1.2、过量碱20～140%的比例连续投入带有螺杆装置的反应器中，通过螺杆的旋转，混匀並推进物料，物料从反应器入口向出口“流动”，调节螺杆转数控制物料在反应器中的停留时间最长不超过30分钟，分解反应后的物料连续流出反应器。
3.一种按照权利要求
1和2所述的方法，其特征是所说的带有螺杆装置的反应器是一种单螺纹的双螺杆螺旋推进反应器。
4.一种按照权利要求
1和2所述的方法，其特征是所说的液固比一般控制在0.4～1.2，最佳液固比控制在0.5～0.9。
5.一种按照权利要求
1和2所述的方法，其特征是所说的过量碱一般控制在20～140%，最佳过量碱控制在60～100%。
6.一种按照权利要求
1和2所述的方法，其特征是所说的停留时间一般最长不超过30分钟，最好控制在10～20分钟。
专利摘要
本发明将经过焙烧的硼矿粉与烧碱和水连续投入一带有螺杆装置的反应器中，通过螺杆的旋转，混匀并推进物料，物料从反应器入口向出口“流动”，调节螺杆转速控制物料在反应器中的停留时间，使分解率达到85％以上，分解反应后的物料连续“流出”反应器。
文档编号C01B35/00GK86107024SQ86107024
公开日1988年6月1日 申请日期1986年10月16日
发明者李国忠, 孙美容, 邹本衡 申请人:化工部天津化工研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan